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示波器的原理和使用

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1 示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。

【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。 2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。

Y轴输入衰减器

90R1

101009R

R地

Y轴电压放大器

X1

X

2

Y2

示波管

Y1

X 轴 电 压 放 大 器

衰减器

90R9RR

110100

地X轴输入

K2锯 齿 波

电 压发 生 器

内外K1外整输入

【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构 示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波

图1-1 示波器结构图 . .. 器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以，

H-灯丝；K-阴极；G1 ，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图

第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成 ，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。 2．波形显示原理 （1）仅在垂直偏转板（Y偏转板）加一正弦交变电压：如果仅在Y偏转板加一正弦交

图1-3 在垂直偏转板加一正弦交变电压 图1-4在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压 变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在y方向来回运动，如果电压频率较高，由 3

于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条坚直亮线，其长度与正弦信号电压的峰－峰值成正比，如图1-3所示。 (1)仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使y方向所加的随时间t变化的 信号电压uy(t)在空间展开，需在水平方向形成一时间轴。这一t轴可通过在水平偏转板加一如图7－4所示的锯齿电压ux(t)，由于该电压在0—1时间内电压随时间成线性关系达到最大值，使电子束在屏上产生的亮点随时间线性水平移动最后到达屏的最右端。在1—2时间内（最理想情况是该时间为零）ux突然回到起点（即亮点回到屏的最左端）。如此重复变化，若频率足够高的话，则在屏上形成了一条如图1-4所示的水平亮线，即t轴。 (2)常规显示波形：如果在Y偏转板加一正弦电压（实际上任何所想观察的波形均可）同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两电压周期具有合适的关系时，在荧光屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。如图1-5所示。 3．同步原理 (1)同步的概念：为了显示如图1-5所示的稳定图形，只有保证正弦波到Iy点时，锯齿波正好到Ix点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A点，再次重复这一过程，光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。 由此可知同步的一般条件为： Tx = nTy，n = 1，2，3··· 其中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。若n = 3，则能在屏上显示出三个完整周期的波形。 如果正弦波和锯齿波电压的周期 稍微不同，屏上出现的是一移动着的 不稳定图形。这情形可用图1-6说 明。设锯齿波形电压的周期Tx比正弦波电压周期Ty稍小，比方说Tx = nTy，n =7/8。在第一扫描周期内，

图1-5 波形显示原理图 yUxUyxTT87

xTyT

t0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t1 6 9

2 0 5 7 10 4

8 8

图1-6 TX=（7/8）TY 时的波.

.. 屏上显示正弦信号0～4点之间的曲线段；在第二周期内，显示4～8点之间的曲线段，起点在4处；第三周期内，显示8～11点之间曲线段，起点在8处。这样，屏上显示的波形每次都不重叠，好象波形在向右移动。同理，如果Tx 比Ty稍大，则好象在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时波型曲线上的起点均不一样所造成的。 (2)手动同步的调节：为了获得一定数量的稳定波形，示波器设有“扫描周期”、“扫 描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期Tx（或频率fx），使之与被测信号的周期TY（或频率fY）成整数倍关系，从而，在示波器屏上得 到所需数目的完整被测波形。 (3)自动触发同步调节：输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是相互独立的。由于环境或其他因素的影响，它们的周期（或频率）可能发生微小的改变。这时虽通过调节扫描旋钮使它们之间的周期满足整数倍关系，但过了一会可能又会变，使波形无法稳定下来。这在观察高频信号进尤其明显。为此，示波器内设有触发同步电路，它从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。操作时，首先使示波器水平扫描处于待触发状态，然后使用“电平”（LEVEL）旋钮，改变触发电压大小，当待测信号电压上升到触发电平时，扫描发生器才开始扫描。若同步信号是从仪器外部输入时，则称“外同步”。 4．李萨如图形的原理 如果示波器的X和 Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图。图1-7所示的为fY∶fx = 2∶1的李萨如图形。频率比不同的将形成不同的李萨如图形。图1-8所示的是频率比成简单整数比值的几组李萨如图形。从中可总结出如下规律：如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y和X输入的两正弦信号的频率之比，即fy∶fx = nx∶ny。但若出现图（b）或（f）所示的图形，有端点与假想边框相接时，应把一个端点计为1/2个切点。所以利用李萨如图形能方便地比较两正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数nx和ny，便可算同另一待测信号的频率。

图1-7 fy : fx=2 : 1的李萨如图形 图1-8 fy : fx=nX : ny的几种李萨如图形 5

【实验仪器】 １．YB4320G双踪示波器（面板分布图及功能请参见附录Ａ）。 ２．YB1634功率函数信号发生器（面板分布图及功能请参见附录B）。

【实验内容】 1．校准示波器 (1)示波器面板控制件的预置 仪器使用时面板控制件位置（以CH1输入为例），其他按键为弹出位置 面板控制件 作用位置 面板控制件 作用位置 辉度（2） 顺时针1/3处 触发耦合(28) AC 聚焦(4) 适中 电平锁定(32) 按下 垂直方式(42) CH1 释抑(34) 逆时针旋到底 垂直位移(40)(43) 适中 触发方式(31) 自动 VOLTS/DIV(10)(15) 0.5V/div 水平显示方式(41) A 微调(14)(19) 顺时针转至校准位置 A TIME/DIV(20) 0.5ms/div 触发源(29) CH1 水平位移(35) 适中 (2)打开电源开关，调节辉度和聚焦旋钮，使光迹最细最清晰；调节CH1垂直位移、水平位移和光迹旋钮将扫线调到居中并与水平中心刻度平行。 (3)将探极连线接分别连接CH1输入端和2VP-P校准信号端，调节CH1垂直位移和水平位移到适中位置，使显示的方波波形对准刻度线，最后读出电压幅度VP-P和周期（T）。计算VP-P和周期 VP-P= A×V/div T= B×time/div 式中A为波形在屏上所占垂直格数，B为一个波形周期在屏上所占水平格数。 在读Ａ和B时，注意还要估读小格，VOLTS/DIV和A TIME/DIV旋钮每一级对应一大格，每一大格分为５小格。 2．观测信号波形并测量峰－峰电压值和频率 (1)信号发生器的调节 仪器使用时面板控制件位置，其他按键为弹出位置 面板控制件 作用位置 波形选择开关(WAVE FORM) 任意按入一键（即任意选择一输出波形） 频率范围选择开关 按入200Hz或2kHz档 频率调节旋钮(FREQUENCY) 在相应的量程范围内任意调节输出信号的频率 幅度调节旋钮(AMPLITUDE) 任意调节输出信号幅度，但不宜过小或过大 (2)用信号线一头连接信号发生器的电压输出端口(VOLTAGE OUT)，另一头连接示波器的CH1输入端，示波器的面板控制件位置同上。 (3)选择不同波形、不同频率、不同幅度的信号进行观察和测量，测量方法同上。注意，为了提高测量精度，测量时应调节示波器的VOLTS/DIV和A TIME/DIV旋钮，使波形上下、左右达到最大，但不能超出屏幕显示范围，并至少要显示一个完整的波形。 3．观绘李萨如图形 (1)用两根信号线分别从两台信号发生器的电压输出端口(VOLTAGE OUT)连接到示波

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数字示波器的原理和使用

数字示波器的原理和使用

数字示波器的原理和使用
数字示波器（Digital Oscilloscope）是用于检测和显示电压信
号的一种仪器。

它通过采集电压信号，并将其转换为数字信号进行处理和显示。

数字示波器的工作原理如下：首先，它使用一对输入探头将待测电压信号引入示波器。

探头将电压信号转换为与示波器输入电路兼容的信号。

然后，信号经过模拟前端电路进行滤波和放大。

接着，模拟信号被采样并转换为数字信号，即通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

数
字信号表示的幅值被存储在内存中。

示波器的显示部分会读取内存中存储的数字信息，并将其转换为图形显示。

通常，示波器的显示屏幕会绘制出与时间相关的波形图像，包括电压的幅值和随时间变化的动态。

示波器还可以通过调整时间基准和垂直缩放等功能来提供更详细的波形显示。

为了获得更精确的测量结果，示波器还可以提供各种触发功能。

触发功能通过设置特定的触发条件，使示波器能够在特定事件发生时进行采样和显示。

触发条件通常是基于电压水平、边沿或脉冲宽度等参数设置的。

使用数字示波器时，首先需要正确连接电路进行测量，并选择合适的电压和时间基准来显示所需的信号。

然后，通过调整垂直和水平缩放，可以调整波形图像的幅值和时间范围。

如果需要，还可以使用触发功能来稳定波形显示。

数字示波器的使用范围广泛，可用于电子设备的开发、维修和故障排查等方面。

它可以帮助工程师们准确测量和分析电路中的电压信号，从而确保电子设备的正常运行。

示波器的原理与应用实验报告

示波器的原理与应用实验报告

示波器的原理与应用实验报告实验报告：示波器的原理与应用1. 实验目的：掌握示波器的使用方法，理解其原理，并通过实验探究示波器在电路实验中的应用。

2. 实验设备：示波器、信号发生器、万用表、电容、电阻、电感等基本电路元件。

3. 实验原理：示波器是一种用于测量电压波形、电流波形和时序等特性的电子测量仪器。

其主要原理为将待测电压信号加于示波器的输入端，通过示波管、偏转板和竖直驱动放大器等元件将电信号转化为可视的光信号，从而展现电压波形。

示波器测量的电压波形主要包括幅值、频率、相位等参数。

4. 实验步骤：（1）将信号发生器的方波信号连接至示波器的输入端，并设置合适的频率和幅值。

（2）观察示波器屏幕中显示的方波波形，并根据幅值、频率、相位等参数进行测量。

（3）将电容、电阻、电感等基本电路元件连接至信号发生器和示波器之间，我们可以通过示波器观察电路中产生的波形，以及分析其幅值、频率、相位等特性。

5. 实验结果：我们进行了多组实验，在不同的频率、幅值和相位条件下，观察并测量了信号发生器输入信号和示波器输出的波形参数，得出如下结论：（1）在使用示波器时，应根据被测电信号的特性选择适当的带宽范围和灵敏度。

（2）示波器作为一种常用的电子测量仪器，在电路实验中有着重要的应用价值。

6. 实验思考：通过本次实验，我们不仅掌握了示波器的使用方法和原理，还深刻认识到示波器在电路实验中的广泛应用价值。

同时，我们也发现了示波器的一些局限和缺陷，如不能直接测量电流等特性。

这为我们进一步学习和研究电子测量仪器、深入理解电路原理提供了参考和帮助。

示波器的调试和使用原理

示波器的调试和使用原理

示波器的调试和使用原理示波器是一种用于观察和测量电信号的重要仪器。

它能够实时显示电压波形，并能够通过测量电压的峰值、频率、相位差等参数，帮助工程师分析电路的性能和故障。

一、示波器的调试原理：示波器的调试主要包括校准和检验两个方面。

校准是为了保证示波器的测量准确性和稳定性，以及解决示波器本身存在的故障；检验是为了验证示波器在使用中的准确性。

1. 校准过程：（1）校准示波器的时间基准：通过对准参考信号和示波器显示的波形，调节示波器的时间基准，使其时间轴准确。

（2）校准示波器的电压增益：通过对准标准信号和示波器显示的波形，调节示波器的电压增益，使其显示的电压测量值准确。

（3）校准示波器的触发电平：通过对准触发信号和示波器显示的波形，调节示波器的触发电平，使其能够准确触发信号。

（4）校准示波器的频率响应：通过对准标准信号和示波器显示的波形，调节示波器的垂直增益和水平扫描速率，使其能够准确显示波形的频率。

2. 检验过程：（1）检验示波器的垂直分辨率：通过输入一系列的标准信号，根据示波器的显示结果，判断示波器的垂直分辨能力是否符合要求。

（2）检验示波器的时间分辨率：通过输入一系列的高频信号，根据示波器的显示结果，判断示波器的时间分辨能力是否符合要求。

（3）检验示波器的带宽：通过输入一系列的高频信号，根据示波器的显示结果，判断示波器的带宽是否能够准确显示高频信号的波形。

二、示波器的使用原理：示波器的使用原理基于电脑显示技术和模拟电子技术。

主要包括采样、存储、加工和显示几个关键步骤。

1. 采样：示波器通过外部探头将要测量的信号接入示波器的输入端口。

示波器内部的采样系统会按照一定的时间间隔对输入信号进行采样，采样率要满足奈奎斯特采样定理，即采样率要大于信号最高频率的两倍。

采样的目的是将连续的时间域信号转换为离散的数字信号。

2. 存储：示波器会将采样得到的离散信号存储起来，形成一个数据序列。

这样的数据序列包含了信号的幅值、时间和采样率等信息。

5示波器的原理和使用讲解

5示波器的原理和使用讲解

示波器的原理和使用【实验简介】示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器，与其他测量仪器相比，示波器具有以下优点：能够显示出被测信号的波形；对被测系统的影响小；具有较高的灵敏度；动态范围大，过载能力强；容易组成综合测试仪器，从而扩大使用范围；可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。

从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。

在电子测量与测试仪器中，示波器的使用范围非常广泛，它可以表征的所有参数，如电压、电流、时间、频率和相位差等。

若配以适当的传感器，还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。

正确使用示波器是进行电子测量的前提。

第一台示波器由一只示波管，一个电源和一个简单的扫描电路组成。

发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列，示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。

【实验目的】1、了解示波器的结构和工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。

2、学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。

3、通过观察李萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法。

【实验仪器】VD4322B型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连接线等图1 VD4322型双踪示波器面板○1：电源开关○2：电源指示灯○3：聚焦旋钮○4：辉度旋钮○5：Y1(X)信号输入端口○6：Y2(Y)信号输入端口○7、○8：输入耦合选择开关（AC-GND-DC）○9、○10：垂直偏转因数选择开关（V/格）○11：Y1垂直位移旋钮○12：Y2垂直位移旋钮○13：工作方式选择开关（Y1、Y2、交替、断续和Y1+Y2）○14：扫描速度（时间/格）选择开关○15：扫描微调旋钮○16：水平位移旋钮○17：电平调节旋钮○18：外触发源输入端口○19：内触发选择开关○20：触发方式选择开关【实验原理】示波器显示随时间变化的电压，将它加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这个变化电场的电子运动情况随时间作相应地变化，从而通过电子在荧光屏上运动的轨迹反映出随时间变化的电压。